一种脉冲式加砂压裂系统及其控制方法

摘要

本发明提供了一种脉冲式加砂压裂系统及其控制方法，脉冲式加砂压裂系统包括设置在混砂车上的砂斗、压裂液罐、砂液混合筒和压裂泵车组，所述砂斗和砂液混合筒之间的管道上并联有一根支撑剂循环回路，支撑剂循环回路的前端设置有流向转换装置、末端连接砂斗。脉冲式加砂压裂系统还包括控制装置，由用户输入输出端、PLC控制器、流向转换驱动器、循环回输驱动器和联动蝶阀驱动器构成。本发明利用现有常规压裂混砂车作为基础平台，集成了支撑剂双向给料控制、支撑剂循环控制、压裂液与携砂液脉冲加入控制，能与现有砂罐、混砂车、压裂泵车组、液罐群无缝连接，实现压裂液与携砂液的脉冲式注入，实现支撑剂在裂缝中的砂团式支撑，提高裂缝的导流能力。

权利要求

1.一种脉冲式加砂压裂系统，包括设置在混砂车上的砂斗、压裂液罐、砂液混合筒和压裂泵车组，所述砂斗和压裂液罐分别通过管道连接至砂液混合筒，砂液混合筒和压裂液罐分别通过管道连接至压裂泵车组，压裂泵车组交替泵出纯压裂液和携砂液至地层；其特征在于：所述砂斗和砂液混合筒之间的管道上并联有一根支撑剂循环回路，支撑剂循环回路的前端设置有流向转换装置、末端连接砂斗；所述流向转换装置包括“人”字型通道和流向转换挡板，所述 “人”字型通道的三根支路分别连接砂斗上连接的绞龙出砂口、砂液混合筒进砂口和砂斗返砂口，流向转换挡板活动设置在三根支路的连接点处、遮挡并关闭对应砂液混合筒进砂口或砂斗返砂口的支路前端。

2.根据权利要求1所述脉冲式加砂压裂系统，其特征在于：所述支撑剂循环回路上设置有循环回输装置，该循环回输装置包括依次连接的上方导管、中间导管、下方导管和动力传输组件，所述上方导管前端连接流向转换装置、下方导管末端对应砂斗上方开口，中间导管水平设置、内部设置有动力传输组件，上方导管和下方导管分别设置在中间导管的两端，上方导管向上向外倾斜、其相对于水平方向的倾角为30-50°。

3.根据权利要求1或2所述脉冲式加砂压裂系统，其特征在于：所述压裂液罐至砂液混合筒、砂液混合筒至压裂泵车组和压裂液罐至压裂泵车组的管道上分别设置有1号阀门、2号阀门和3号阀门；所述脉冲式加砂压裂系统还包括控制装置，所述控制装置由用户输入输出端、PLC控制器、流向转换驱动器、循环回输驱动器和联动蝶阀驱动器构成，具体的：用户输入输出端，保存并发送用户输入的控制参数至PLC控制器，接收和显示PLC控制器返回系统的工作状态参数；

PLC控制器，接收用户输入的控制参数并进行运算，向流向转换驱动器、循环回输驱动器、联动蝶阀驱动器和用户输入输出端发送工作状态信号；

流向转换驱动器，通过PLC控制器发来的工作状态信号，驱动流向转换挡板运动、关闭返砂通道或出砂通道；

循环回输驱动器，通过PLC控制器发来的工作状态信号，驱动动力传输组件工作、实现支撑剂向砂斗的循环回输；

联动蝶阀驱动器，通过PLC控制器发来的工作状态信号，驱动1号阀门、2号阀门和3号阀门的开启和关闭，使得压裂泵车组交替泵出纯压裂液和携砂液。

4.根据权利要求3所述脉冲式加砂压裂系统的控制方法，其特征在于：所述联动蝶阀驱动器驱动1号阀门、2号阀门和3号阀门的开启和关闭，使压裂泵车组交替泵出纯压裂液和携砂液如下所述：当压裂泵车组泵出携砂液时，1号和2号阀门开启、3号阀门关闭；

当压裂泵车组泵出纯压裂液时，1号和2号阀门关闭、3号阀门开启。

5.根据权利要求4所述脉冲式加砂压裂系统的控制方法，其特征在于：所述压裂泵车组泵出携砂液时：PLC控制器向流向转换驱动器发送工作状态信号，使得流向转换挡板遮挡在返砂通道前端，即开启出砂通道并关闭返砂通道。

6.根据权利要求4所述脉冲式加砂压裂系统的控制方法，其特征在于：所述压裂泵车组泵出纯压裂液时：PLC控制器向流向转换驱动器发送工作状态信号，使得流向转换挡板遮挡在出砂通道前端，即开启返砂通道并关闭出砂通道；

PLC控制器向循环回输驱动器发送工作状态信号，使得动力传输组件工作，将支撑剂返回砂斗。

说明书

一种脉冲式加砂压裂系统及其控制方法

技术领域

[0001] 本发明专利涉及油气田开发领域，具体是一种实施高效、成本低廉的水力脉冲式加砂压裂系统及其控制方法。

背景技术

[0002] 水力压裂工艺的主要目标是在地层中形成一定长度的、具有高导流能力的人工裂缝，从而降低油气藏储层油气流动阻力，达到增产目的。常规的水力压裂工艺是采用连续加砂的施工方式，使支撑剂在人工裂缝中连续、均匀铺置，这种方式形成的人工裂缝是通过球状支撑剂之间的孔隙作为油气渗流的通道，压裂液残渣、支撑剂破碎颗粒都会造成支撑剂孔隙的堵塞，从而使裂缝导流能力降低，最终导致油气产量的下降。近年来，国外公司在水力压裂施工中，对水力压裂工艺进行了重大革新，开始采用脉冲式注入方式实施水力压裂，即携砂液和纯压裂液以一定的脉冲间隔反复交替注入地层，大量的机理研究认为，这种水力压裂方式可在人工裂缝内形成支撑剂的柱塞状支撑，而柱状支撑之间的宽大沟槽将成为主要的油气渗流通道，并且较大的沟槽将降低压裂液残渣、支撑剂破碎对人工裂缝导流能力的影响，从而大幅提高水力压裂增产效果，延长压裂改造有效期。该项技术在国外已经得到广泛的应用，现场实践表明，脉冲式加砂压裂工艺的增产效果明显，同时可降低支撑剂、压裂液的用量，降低施工成本。

[0003] 国内目前也开展了数十口井的近似脉冲式加砂压裂工艺先导试验，取得了一定的现场应用效果，单井压后的产量得到了一定程度的提升，更重要的是大大的节约了支撑剂用量，对于节约压裂成本有较大帮助。然而，由于目前现有压裂设备的性能条件限制，国内采用的脉冲式加砂工艺与国外的工艺相比存在较大指标差距。国外公司专门设计了结构复杂带专有技术保护的混砂车来实施高脉冲频率的加砂压裂，携砂液段与纯液段的最小间隔时间可达10秒，能有效保证支撑剂分散与人工裂缝支撑柱塞的形成，而国内由于缺乏类似装备配套，只能利用现有混砂车，采用开、停混砂车输砂器的方式进行近似脉冲式加砂压裂，由于输砂器的开启一般需2-3分钟才能达到预定加砂浓度要求，因此难以有效保证人工裂缝内支撑剂柱状段塞的形成，同时，频繁开关输砂器非常容易引发机械故障，导致工程作业中途失败，同时也会加剧输砂器机械磨损，降低设备使用寿命。

[0004] 目前国内尚有大量在用常规混砂车装备，若简单采用整车系统全新研发或者引进国外装备，将造成现有装备的闲置。针对这种情况国内已有机构开展脉冲压裂控制相关装备的研究工作，经专利检索，中国石油大学（华东）温庆志等人申请了“实现高导流能力的压裂脉冲加砂系统”实用新型专利，该系统是一种全新的湿式混合循环控制系统，采用控制压裂液流动的方式实现脉冲加砂压裂，但该系统在实施应用中受混砂车混合筒大小限制，砂比的有效切换受到限制。

发明内容

[0005] 本发明公开了一种脉冲式加砂压裂系统及其控制方法，是一种既立足于现有装备平台，亦满足脉冲式加砂工艺现场实施要求的系统，具有巨大的推广应用价值。

[0006] 本发明所采用的技术方案是：

[0007] 一种脉冲式加砂压裂系统，包括设置在混砂车上的砂斗、压裂液罐、砂液混合筒和压裂泵车组，所述砂斗和压裂液罐分别通过管道连接至砂液混合筒，砂液混合筒和压裂液罐分别通过管道连接至压裂泵车组，压裂泵车组交替泵出纯压裂液和携砂液至地层；所述砂斗和砂液混合筒之间的管道上并联有一根支撑剂循环回路，支撑剂循环回路的前端设置有流向转换装置、末端连接砂斗；所述流向转换装置包括“人”字型通道和流向转换挡板，所述 “人”字型通道的三根支路分别连接砂斗上连接的绞龙出砂口、砂液混合筒进砂口和砂斗返砂口，流向转换挡板活动设置在三根支路的连接点处、遮挡并关闭对应砂液混合筒进砂口或砂斗返砂口的支路前端。

[0008] 所述支撑剂循环回路上设置有循环回输装置，该循环回输装置包括依次连接的上方导管、中间导管、下方导管和动力传输组件，所述上方导管前端连接流向转换装置、下方导管末端对应砂斗上方开口，中间导管水平设置、内部设置有动力传输组件，上方导管和下方导管分别设置在中间导管的两端，上方导管向上向外倾斜、其相对于水平方向的倾角为30-50°。

[0009] 所述压裂液罐至砂液混合筒、砂液混合筒至压裂泵车组和压裂液罐至压裂泵车组的管道上分别设置有1号阀门、2号阀门和3号阀门；所述脉冲式加砂压裂系统还包括控制装置，所述控制装置由用户输入输出端、PLC控制器、流向转换驱动器、循环回输驱动器和联动蝶阀驱动器构成，具体的：

[0010] 用户输入输出端，保存并发送用户输入的控制参数至PLC控制器，接收和显示PLC控制器返回系统的工作状态参数；

[0011] PLC控制器，接收用户输入的控制参数并进行运算，向流向转换驱动器、循环回输驱动器、联动蝶阀驱动器和用户输入输出端发送工作状态信号；

[0012] 流向转换驱动器，通过PLC控制器发来的工作状态信号，驱动流向转换挡板运动、关闭返砂通道或出砂通道；

[0013] 循环回输驱动器，通过PLC控制器发来的工作状态信号，驱动动力传输组件工作、实现支撑剂向砂斗的循环回输；

[0014] 联动蝶阀驱动器，通过PLC控制器发来的工作状态信号，驱动1号阀门、2号阀门和3号阀门的开启和关闭，使得压裂泵车组交替泵出纯压裂液和携砂液。

[0015] 所述脉冲式加砂压裂系统的控制方法，所述联动蝶阀驱动器驱动1号阀门、2号阀门和3号阀门的开启和关闭，使压裂泵车组交替泵出纯压裂液和携砂液如下所述：

[0016] 当压裂泵车组泵出携砂液时，1号和2号阀门开启、3号阀门关闭；

[0017] 当压裂泵车组泵出纯压裂液时，1号和2号阀门关闭、3号阀门开启。

[0018] 所述压裂泵车组泵出携砂液时：

[0019] PLC控制器向流向转换驱动器发送工作状态信号，使得流向转换挡板遮挡在返砂通道前端，即开启出砂通道并关闭返砂通道。

[0020] 所述压裂泵车组泵出纯压裂液时：

[0021] PLC控制器向流向转换驱动器发送工作状态信号，使得流向转换挡板遮挡在出砂通道前端，即开启返砂通道并关闭出砂通道；

[0022] PLC控制器向循环回输驱动器发送工作状态信号，使得动力传输组件工作，将支撑剂返回砂斗。

[0023] 本发明所产生的有益效果是：

[0024] 本发明的脉冲式加砂压裂系统及其控制方法，利用现有常规压裂混砂车作为基础平台，集成了支撑剂双向给料控制、支撑剂循环控制、压裂液与携砂液脉冲加入控制，能与现有砂罐、混砂车、压裂泵车组、液罐群无缝连接，实现压裂液与携砂液的脉冲式注入，实现支撑剂在裂缝中的砂团式支撑，提高裂缝的导流能力。

[0025] 本发明较国内外采用专用混砂车进行脉冲式压裂施工的方式相比，具有以下优势：

[0026] （1）本发明专利优化配置了双向给料控制装置，能够迅速切换支撑剂流向，同时与混砂车无缝连接，利用混砂车计量控制系统精确控制支撑剂量；优选了蝶阀控制器和气动蝶阀，能够迅速执行开启/关断动作，确保进入混砂车混合筒的压裂液量，保证支撑剂与压裂液在混合筒中配置砂比准确性，减小设计与实际施工的误差。

[0027] （2）本发明专利的支撑剂循环装置与砂罐、混砂车输砂器无缝连接，在压裂作业过程中一直保持自动运行，能避免混砂车输砂器短时间内间歇性运转给设备带来的负荷，降低机械故障发生几率和机械磨损程度。

[0028] （3）本发明专利优化了支撑剂和压裂液输送、支撑剂和压裂液混合、压裂泵注系统，能够实现注入携砂液时，支撑剂和压裂液即时输送、即时混合和即时泵注，注入携砂液阶段结束时，混合筒清空，避免沉砂问题，无需另外配置携砂液循环系统。

[0029] （4）本发明专利优化了压裂液/携砂液脉冲加入系统，其蝶阀控制器和气动蝶阀能够迅速执行开启/关断动作，实现纯压裂液注入和携砂液注入的快速切换，从而达到脉冲式加砂压裂的目的，脉冲时间间隔最少可控制在2s内。

[0030] （5）本发明专利优化的脉冲式加砂压裂控制系统，结构简单、使用方便，可直接加装在现有混砂车上，无须对混砂车造成重大结构改动；生产费用远远小于国外混砂车的生产费用，有利于推广应用。

附图说明

[0031] 下面结合附图对本发明作进一步的说明。

[0032] 图1是本发明脉冲式加砂压裂系统及控制系统的结构示意图。

[0033] 图2是本发明流向转换装置的结构示意图。

[0034] 图3是本发明循环回输装置的结构示意图。

[0035] 图4是本发明压裂泵车组泵出携砂液时、脉冲式加砂压裂系统的工作状态示意图。

[0036] 图5是本发明压裂泵车组泵出纯压裂液时、脉冲式加砂压裂系统的工作状态示意图。

[0037] 图中标号表示：1-用户输入输出端、2-显示器、3-系统开启/关闭按钮、4-循环回输控制按钮、5-流向转换控制按钮、6-脉冲泵出控制按钮；7-自动/手动切换按钮、8-PLC控制器、9-脉冲信号控制器、10-步进电机控制器、11-变频电机控制器、12-联动蝶阀驱动器、13-流向转换驱动器、14-循环回输驱动器、15-压裂泵车组、16-2号气动蝶阀；17-砂液混合筒、18-1号气动蝶阀、19-流向转换装置、19-1-进砂通道、19-2-返砂通道、19-3-出砂通道、19-
4-流向转换挡板、19-5-转动限位装置、19-6-步进电机、20-砂斗、21-压裂液罐、22-循环回输装置、22-1-变频电机、22-2-下方导管、22-3-中间导管、22-4-螺旋叶片、22-5-转轴、22-
6-上方导管、23-3号气动蝶阀、a-支撑剂、b-压裂液、c-携砂液、m-地层。

具体实施方式

[0038] 如图1～5所示，本发明是一种脉冲式加砂压裂系统，包括设置在混砂车上的砂斗20、压裂液罐21、砂液混合筒17和压裂泵车组15。其中：砂斗20里装有支撑剂a，压裂液罐21内装有压裂液b；砂斗20和压裂液罐21分别通过管道连接至砂液混合筒17，砂液混合筒17和压裂液罐21分别通过管道连接至压裂泵车组15，压裂泵车组15交替泵出纯压裂液b和携砂液c至地层m，构成脉冲式加砂压裂系统。本发明的创新之处在于：

[0039] - 在砂斗20和砂液混合筒17之间的管道上并联有一根支撑剂循环回路，支撑剂循环回路的前端设置有流向转换装置19、末端连接砂斗20。流向转换装置19包括“人”字型通道和流向转换挡板19-4。具体的：该“人”字型通道的三根支路分别连接砂斗20上连接的绞龙出砂口、砂液混合筒17进砂口和砂斗20返砂口，对应命名为：进砂通道19-1、返砂通道19-2和出砂通道19-3。流向转换挡板19-4活动设置在三根支路的连接点处、遮挡并关闭对应砂液混合筒17进砂口或砂斗20返砂口的支路前端，也就是说：流向转换挡板19-4活动设置并遮挡在返砂通道19-2或出砂通道19-3的前端、即关闭返砂通道19-2或出砂通道19-3。

[0040] 当流向转换挡板19-4遮挡在返砂通道19-2前端时，关闭返砂通道19-2并开启出砂通道19-3；此时，流向转换装置19通过进砂通道19-1和出砂通道19-3联通砂斗20上连接的绞龙出砂口和砂液混合筒17的进砂口，使支撑剂a泵入砂液混合桶17。当流向转换挡板19-4遮挡在出砂通道19-3前端时，关闭出砂通道19-3并开启返砂通道19-2；此时，流向转换装置19通过进砂通道19-1和出砂通道19-3联通砂斗20上连接的绞龙出砂口和砂斗20的上部开口，使支撑剂a从支撑剂循环回路泵回砂斗20。

[0041] 本具体实施方式中，返砂通道19-2和出砂通道19-3的前端截面为尺寸相同的矩形，返砂通道19-2和出砂通道19-3前端接合在一根直线棱柱上；对应的流向转换挡板19-4呈矩形、尺寸与上述返砂通道19-2和出砂通道19-3的前端截面匹配，流向转换挡板19-4的一侧铰接在上述直线棱柱上、并以该直线为转轴转动。同时，返砂通道19-2和出砂通道19-3的前端开口处分别设置有流向转换挡板19-4的转动限位装置19-5，限制流向转换挡板19-4的转动幅度和最终位置。矩形设计的返砂通道19-2和出砂通道19-3前端与流向转换挡板19-4，便于流向转换挡板19-4在流向转换装置19内的左右转动，加强装置的稳定性。

[0042] 流向转换挡板19-4由步进电机19-6驱动转动，步进电机19-6作为流向转换挡板19-4的电力驱动装置，控制流向转换挡板19-4的左右转动的时机与频率，即控制返砂通道
19-2或出砂通道19-3开启的时间与频率，实现支撑剂a向砂斗20或砂液混合筒17的流向切换。

[0043] - 支撑剂循环回路上设置有循环回输装置22，本具体实施方式中，循环回输装置22包括依次连接的上方导管22-6、中间导管22-3、下方导管22-2和动力传输组件。具体的：
上方导管22-6前端连接流向转换装置19的返砂通道19-2、下方导管22-2末端对应砂斗20上方开口，即将下方导管22-2与混砂车下部的砂斗20进行对接，从而形成支撑剂a的回输通道。

[0044] 上方导管22-6和下方导管22-2分别设置在中间导管22-3的两端，上方导管22-6向上向外倾斜、其相对于水平方向的倾角为30-50°。下方导管22-2向下向外倾斜，其相对于水平方向的倾角为40°。上方导管22-6和下方导管22-2构成循环回输装置22的重力辅助传输机构，上方导管22-6设计为30-50°的倾角、下方导管22-2设计为40°的倾角，便于支撑剂a重力势能的快速释放。

[0045] 中间导管22-3水平设置、内部设置有动力传输组件，动力传输组件包括变频电机22-1、转轴22-5和螺旋叶片22-4。其中：变频电机22-1设置在中间导管22-3的一端、变频电机22-1的主轴与转轴22-5相互联接、同步转动，转轴22-5上设置有若干组螺旋叶片22-4。中间导管22-3内的上述部件，构成变频电机22-1驱动的螺旋输砂器，达到横向输送支撑剂a的目的。

[0046] - 压裂液罐21至砂液混合筒17、砂液混合筒17至压裂泵车组15和压裂液罐21至压裂泵车组15的三根管道上分别设置有1号阀门、2号阀门和3号阀门，本具体实施方式中，这三个阀门是气动蝶阀，因此将其命名为：1号气动蝶阀18、2号气动蝶阀16和3号气动蝶阀23。1号气动蝶阀18设置在压裂液罐21与砂液混合筒17之间的管道（即砂液混合筒17的进液通道）上，用于控制是否使压裂液罐21中的压裂液b进入砂液混合筒17中。2号气动蝶阀16设置在砂液混合筒17与压裂泵车组15之间的管道（即砂液混合筒17的出液通道）上，用于控制是否使携砂液c进入压裂泵车组15中。3号气动蝶阀23设置在压裂液罐21与压裂泵车组15之间的管道上，用于控制是否使压裂液罐21中的压裂液b进入压裂泵车组15中。

[0047] - 本发明的脉冲式加砂压裂系统还包括控制装置，控制装置由用户输入输出端1、PLC控制器8、流向转换驱动器13、循环回输驱动器14和蝶阀联动驱动器构成。本发明通过上述控制装置控制流向转换装置19、循环回输装置22、1号气动蝶阀18、2号气动蝶阀16和3号气动蝶阀23动作，使得压裂液b和携砂液c交替注入至压裂泵车组15，再通过压裂泵车组15高压泵注入地层m中。

[0048] 具体的：

[0049] 用户输入输出端1，保存并发送用户输入的控制参数至PLC控制器8，接收和显示PLC控制器8返回系统的工作状态参数。本具体实施方式中，用户输入输出端1是一个设置有显示器2和按钮的控制面板。具体的：显示器2将PLC控制器8返回的系统工作状态参数显示供操作人员查看，按钮包括系统开启/关闭按钮3、循环回输控制按钮4、流向转换控制按钮5、脉冲泵出控制按钮6和自动/手动切换按钮7。

[0050] PLC控制器8，接收通过用户输入输出端1上、用户输入的控制参数并进行运算，向流向转换驱动器13、循环回输驱动器14、蝶阀联动驱动器和用户输入输出端1发送工作状态信号。本具体实施方式中，流向转换驱动器13、循环回输驱动器14、蝶阀联动驱动器分别对应PLC控制器8的控制回路上，还一一设置有步进电机控制器10、变频电机控制器11和脉冲信号控制器9。

[0051] 流向转换驱动器13，通过PLC控制器8发来的工作状态信号，驱动流向转换挡板19-4运动、关闭返砂通道19-2或出砂通道19-3。

[0052] 循环回输驱动器14，通过PLC控制器8发来的工作状态信号，驱动动力传输组件工作、实现支撑剂a向砂斗20的循环回输。

[0053] 蝶阀联动驱动器，通过PLC控制器8发来的工作状态信号，驱动1号气动蝶阀18、2号气动蝶阀16和3号气动蝶阀23的开启和关闭，使得压裂泵车组15交替泵出纯压裂液b和携砂液c。

[0054] 本具体实施方式中，自动/手动切换按钮7对应的控制对象是PLC控制器8。流向转换控制按钮5通过PLC控制器8和步进电机控制器10与流向转换驱动器13相连，流向转换驱动器13与流向转换装置19的流向转换挡板19-4的执行单元相连，构成一个完整的控制回路。循环回输控制按钮4通过PLC控制器8和变频电机控制器11与循环回输驱动器14相连，循环回输驱动器14与循环回输装置22的变频电机22-1的控制端相连，构成一个完整的控制回路。脉冲泵出控制按钮6通过PLC控制器8和脉冲信号控制器9与蝶阀联动驱动器相连，蝶阀联动驱动器分别一一与1号气动蝶阀18、2号气动蝶阀16和3号气动蝶阀23的执行单元相连，构成完整的控制回路。

[0055] - 本发明的脉冲式加砂压裂系统的控制方法，即通过PLC控制器8控制蝶阀联动驱动器驱动1号气动蝶阀18、2号气动蝶阀16和3号气动蝶阀23的开启和关闭，使压裂泵车组15交替泵出纯压裂液b和携砂液c。也就是说，本发明的脉冲式加砂压裂控制方法具体包括以下两个过程：注入压裂液过程和注入携砂液过程，下面针对这两个过程对本发明专利实施情况做详细说明，但不限于此。

[0056] （1）当压裂泵车组15泵出携砂液c时，1号气动蝶阀18和2号气动蝶阀16开启、3号气动蝶阀23关闭。且此时流向转换装置19和循环回输装置22的工作状态为：

[0057] PLC控制器8通过步进电机控制器10向流向转换驱动器13发送步进电机19-6的工作状态信号，使得步进电机19-6驱动流向转换挡板19-4遮挡在返砂通道19-2前端，即开启出砂通道19-2并关闭返砂通道19-3。

[0058] 如图4所示，这是采用本发明向地层m注入携砂液c的过程，具体的：联通砂斗20与砂液混合筒17，断开与循环回输装置22的连接，使得支撑剂a加入砂液混合筒17；联通压裂液罐21和砂液混合筒17，断开压裂液罐21和压裂泵车组15的连接，使得压裂液b加入砂液混合筒17；砂液混合筒17，支撑剂a和压裂液b混合形成携砂液c，联通砂液混合筒17和压裂泵车组15，使得携砂液c进入压裂泵车组15，压裂泵车组15再将该携砂液c注入地层m。

[0059] 具体的：PLC控制器8通过步进电机控制器10控制流向转换驱动器13驱动流向转换装置19，使得流向转换装置19与砂液混合筒17相连通，流向转换装置19与循环回输装置22断开连接。PLC控制器8通过变频电机控制器11控制循环回输驱动器14驱动循环回输装置22，保证循环回输装置22在无支撑剂a返回的状态下继续运行。同时，PLC控制器8通过脉冲信号控制器9控制蝶阀联动驱动器12驱动1号气动蝶阀18和2号气动蝶阀16开启、3号气动蝶阀23关闭，依次联通压裂液罐21、混砂车混合筒17和压裂车泵组15。因此，支撑剂a由砂斗
20、流向转换装置19进入混砂车混合筒17，压裂液b进入混砂车混合筒17，支撑剂a和压裂液b在砂液混合筒17内混合均匀、制得携砂液c，再将送入压裂泵车组15，并注入地层m。

[0060] （2）当压裂泵车组15泵出纯压裂液b时，1号气动蝶阀18和2号气动蝶阀16关闭、3号气动蝶阀23开启。且此时流向转换装置19和循环回输装置22的工作状态为：

[0061] PLC控制器8通过步进电机控制器10向流向转换驱动器13发送步进电机19-6的工作状态信号，使得步进电机19-6驱动流向转换挡板19-4遮挡在返砂通道19-3前端，即开启返砂通道19-3并关闭出砂通道19-2。

[0062] PLC控制器8通过变频电机控制器11向循环回输驱动器14发送变频电机22-1的工作状态信号，使得动力传输组件中的变频电机22-1开始工作，将支撑剂a返回砂斗20。

[0063] 如图5所示，这是采用本发明向地层m注入压裂液b的过程，具体的：联通砂斗20与循环回输装置22，断开与砂液混合筒17的连接，使得支撑剂a返回砂斗20；联通压裂液罐21和压裂泵车组15，断开压裂液罐21和砂液混合筒17的连接，使得压裂液b直接进入压裂泵车组15，压裂泵车组15再将该压裂液b注入地层m。

[0064] 具体的：PLC控制器8通过步进电机控制器10控制流向转换驱动器13驱动流向转换装置19，使得流向转换装置19与循环回输装置22相连通，流向转换装置19与砂液混合筒17断开连接。PLC控制器8通过变频电机控制器11控制循环回输驱动器14驱动循环回输装置22，保证支撑剂a在流向转换装置19、循环回输装置22、砂斗20内循环。同时，PLC控制器8通过脉冲信号控制器9控制蝶阀联动驱动器12驱动1号气动蝶阀18和2号气动蝶阀16关闭、3号气动蝶阀23开启，联通压裂液罐21和压裂车泵组15、形成纯压裂液注入通道，确保压裂液b通过压裂车泵组15注入地层m。

[0065] 上述注入纯压裂液过程和注入携砂液过程在短时间内交替进行，实现脉冲式加砂压裂作业。

[0066] 下面是本发明脉冲式加砂压裂系统的控制方法更进一步的详细说明：

[0067] 按下系统开启/关闭按钮3，开启整个脉冲式加砂系统。

[0068] - 流向转换装置19的控制方法：

[0069] 在压裂开始前，通过流向转换控制按钮5设定流向转换装置19的流向转换挡板19-4初始位置为循环位，同时设定流向转换挡板19-4切换的时间间隔或间隔频率，并且通过自动/手动切换按钮7选取自动模式开始工作。

[0070] 在步进电机控制器10的控制和流向转换驱动器13的驱动下，支撑剂a从砂斗20中经输砂系统进入流向转换装置19。当向压裂泵车组15注入携砂液c时，流向转换装置19切断与循环回输装置22的连接、联通砂斗20与砂液混合筒17；当向压裂泵车组15注入压裂液b时，流向转换装置19切断与的连接砂液混合筒17、联通砂斗20与循环回输装置22。

[0071] 若压裂过程中，需要调整脉冲注入携砂液c和压裂液b的时间间隔或间隔频率，按下自动/手动切换按钮7可切换控制系统进入手动模式，按下流向转换控制按钮5进行重新设定，设定完成后、再次按下自动/手动切换按钮7进入自动模式继续工作。

[0072] - 循环回输装置22的控制方法：

[0073] 在压裂开始前，通过循环回输控制按钮4设定变频电机的转速。

[0074] 系统开始工作后，在变频电机控制器11的控制和循环回输驱动器14的驱动下，当向压裂泵车组15注入压裂液b时，循环回输装置22实现支撑剂a的循环回输。

[0075] 若压裂过程中，需要调整支撑剂a循环能力的大小，按下自动/手动切换按钮7可控制系统进入手动模式，按下循环回输控制按钮4进行重新设定，设定完成后、再次按下自动/手动切换按钮7进入自动模式继续工作。

[0076] - 1号气动蝶阀18、2号气动蝶阀16和3号气动蝶阀23的控制方法：

[0077] 在压裂开始前，通过脉冲泵出控制按钮6设定1号气动蝶阀18、2号气动蝶阀16和3号气动蝶阀23联动开启或关闭的时间间隔或间隔频率。在压裂过程中，1号气动蝶阀18和2号气动蝶阀16同步开启或关闭、即两者的工作状态保持一致，3号气动蝶阀23与1号气动蝶阀18和2号气动蝶阀16的开启或关闭状态相反。

[0078] 系统开始工作后，在脉冲信号控制器9的控制和蝶阀联动驱动器的驱动下：当向压裂泵车组15注入携砂液c时，1号气动蝶阀18和2号气动蝶阀16开启，3号气动蝶阀23关闭；当向压裂泵车组15注入压裂液b时，1号气动蝶阀18和2号气动蝶阀16关闭，3号气动蝶阀23开启。

[0079] 若压裂过程中，需要手动改变1号气动蝶阀18、2号气动蝶阀16和3号气动蝶阀2的工作状态，按下自动/手动切换按钮7可控制系统进入手动模式，按下脉冲泵出控制按钮6进行重新设定，设定完成后再次按下自动/手动切换按钮7进入自动模式继续工作。

[0080] 当施工结束后，按下系统开启/关闭按钮3关闭整个脉冲式加砂系统。